Este trabalho consiste no estudo dos fatores envolvidos no projeto estrutural de pontes, mais especificamente aqueles relacionados com o comportamento dos seus pilares. A análise é efetuada mediante uma modelagem única da estrutura integrada ao maciço de solos, onde as não-linearidades física e geométricas e interação solo-estrutura são consideradas. Inicialmente é feita uma abordagem sobre a concepção do projeto dos pilares e seus arranjos, destacando os problemas diretamente envolvidos no seu cálculo. É apresentada uma formulação simples, baseada em uma só fibra ativa, para levar em consideração a não linearidade física do concreto armado. A não-linearidade geométrica é tratada quanto aos seus aspectos e critérios de utilização, e também é apresentada uma formulação baseada na Energia Potencial Total para a obtenção da matriz de rigidez tangente da estrutura. O maciço de solos é modelado com dispositivos discretos parametrizados através de curvas de resistência lateral p-y. Os aparelhos de apoio são modelados através de elementos de contato devidamente parametrizados. Finalmente, são incluídos alguns exemplos numéricos de casos típicos de pontes / This work deals with the study of factories involved in bridge structural design, specifically in regards with column behavior. The analysis is made by a unique model integrated in the soil massy, where the geometric and physics non-linearity and soil-structure interactions are taken into account. At first, it is made an approach about criteria and details of bridge column design. It is showed a simple formulation; based in one unique active fiber discretization, to consider the physics non-linearity of reinforced concrete Main aspects of geometrical non-linearity are presented. Also it is showed a formulation based in Total Potential Energy in order to obtain the structure tangent stuffiness matrix. The soil massy is modeled with discrete mechanisms by p-y lateral resistance curves. The bearing cushion pads are modeled by contact elements. At end, they are included some numerical examples of bridge typical structures

Submitted by Mariana Dornelles Vargas (marianadv) on 2015-05-25T20:23:15Z No. of bitstreams: 1 ressignificacao_hermeneutica.pdf: 2880676 bytes, checksum: 717e819c355608287d0c3fa00d8fd386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-25T20:23:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ressignificacao_hermeneutica.pdf: 2880676 bytes, checksum: 717e819c355608287d0c3fa00d8fd386 (MD5) Previous issue date: 2014-10-14 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Fiocruz - Fundação Oswaldo Cruz / A complexidade que envolve as nanotecnologias acaba afastando esse tema do âmbito jurídico. O Direito tem dificuldades para enfrentar o desconhecido e se adiantar às consequências de danos futuros. Isso ocorre porque a classificação do que é jurídico vem sempre atrás dos fatos, formalizada na regra jurídica. Esse cenário aponta à necessidade de uma ressignificação da concepção vigente sobre fato jurídico, conceito que no Brasil foi cunhado por Pontes de Miranda. Diante desse quadro, a tese propõe a ressignificação hermenêutica do fato jurídico ponteano com o objetivo de possibilitar a juridicização do fato nanotecnológico a partir da adoção de um novo modelo interpretativo e de uma nova concepção de regra jurídica e incidência. A juridicização aqui tem um sentido de preocupação e cuidado com o ser-humano, que é a essência do progresso nanotecnológico, diante dos possíveis riscos das nanotecnologias, em especial no tocante aos nanoalimentos. A hipótese inovadora é que essa juridicização pode ser viabilizada pela substituição do método pela filosofia, com base nos aportes da hermenêutica de Heidegger e Gadamer e com base na revolução normativa proposta como marco regulatório para as nanotecnologias por Engelmann. No que diz respeito ao método, é adotado o método de abordagem fenomenológico-hermenêutico, cuja investigação considera o sujeito no seu acontecer, e não separado como um objeto de estudo, analisado por um sujeito que não sofre as consequências destas transformações. Quanto aos métodos de procedimento, são utilizados o método histórico, comparativo e estudo de casos. Como técnica de pesquisa, utiliza-se a pesquisa bibliográfica, com análise e revisão de doutrina nacional e estrangeira sobre o tema. É realizada, ainda, pesquisa documental, que abrange as propostas de marcos regulatórios no Brasil, nos Estados Unidos e União Europeia, bem como iniciativas para redução de riscos propostas por organizações internacionais, governamentais e não governamentais. Utiliza-se ainda a coleta de dados sobre nanoprodutos, em especial produtos alimentícios com nanoprata já produzidos e comercializados no mundo. Para tanto, utilizou-se como recurso a ferramenta de pesquisa do inventário formado pelo Projeto sobre Nanotecnologias Emergentes, sendo que a pesquisa efetivada sobre a relação cadastrada até outubro de 2013 apontou 41 produtos da categoria "alimentos e bebidas" com "nanoprata". Como resultado da pesquisa verificou-se que é possível a ressignificação hermenêutica da concepção ponteana de fato jurídico sob algumas condições: a) a substituição do modelo subsuntivo-dedutivo da Teoria do Fato Jurídico pelo modelo circular proposto pela hermenêutica filosófica, que permite interpretação mais adequada a cada caso, abarcando assim as múltiplas facetas das nanotecnologias; b) a formação de uma pré-compreensão sobre o fato nanotecnológico, estruturada pela tradição já institucionalizada nos Direitos Humanos e Constituição Federal, e complementada por outros textos normativos e documentos internacionais que permitem o diálogo entre diversos intérpretes e atores que fazem parte da Revolução Nanotecnológica. Preenchidas as condições, a juridicização do fato nanotecnológico ocorre independentemente de um suporte fático previsto em uma regra jurídica, mas a partir de uma pré-compreensão que se forma para o ser-no-mundo quando, além de resgatar a tradição, consegue acessar o mundo nanotecnológico, transformando-se no ser-no-mundo-nanotecnológico. / The complexity involved in the nanotechnologies can separate this theme from the juridical area. Law has some problems to face the unknown and to foresee the consequences of the future damages. This happens, because the classification of what is juridical is behind the facts, which is based on legal principles. Therefore, the present scenario demonstrates the necessity of reframing the current conception of the legal fact, which is a concept that, in Brazil, was created by Pontes de Miranda. Thus, this thesis aims to suggest a hermeneutical ressignification of the legal fact, proposed by Pontes de Miranda, and to allow the jurisdicization of the nanotechnological fact, through the adoption of a new model of interpretation and a new conception of juridical rule and incidence. The jurisdicization, focused on this research, is related to the human being’s care, who is the essence of the nanotechnogical, considering its possible risks, particularly nanofoods. The brand new hypothesis is that this jurisdicization can be feasible through the substitution of the method by the philosophy, based on the hermeneutical bases of Heidegger and Gadamer as well as the normative revolution, as regulatory frameworks to nanotechnologies by Engelmann. Considering the method, it is adopted a phenomenological-hermeneutical approach, whose investigation considers the subject in this essence, but not, as something that is separated of the study, that is analyzed by a subject that is not affected by the consequences of these transformations. Taking into account the procedure methods, we used the historical, comparative, as well as case studies, and the technique, the bibliographical one, analyzing and reviewing the national and international doctrine about the theme. It was also carried out a documental research, which is centered on the suggestions of regulatory frameworks in Brazil, the United States of America and European Union, as well as the initiatives to reduce the risks, suggested by international, governmental and non-governmental organizations. Data were collected about nanoproducts, especially food products, in which nanosilver is used that has already been produced and traded in the world. So, it was applied, as a resource, the inventory of the Emergent Nanotechnologies Project, and the research about the list, registered on October 2013, points out 41 products related to the following categories “food and beverage”, in which “nanosilver” was applied. Considering the result of the current study, we verified that it is possible to reframe the hermeneutic Pontes de Miranda’s hermeneutic, related to the conception of the legal fact, in the following aspects: a) the substitution of the subsuntive-deductive model of The Theory of the Legal Fact for the circular model, suggested by the philosophical hermeneutic, that allows a better interpretation of each case, taking into account the multiples aspects of nanotechnologies; b) the formation of a pre-understanding about nanotechnology, structured by the tradition of the Human Rights and Federal Constitution, can be complemented by other normative texts as well as international documents that allow the dialog between many interpreters and actors, who belong to nanotechnology revolution. Fulfilled these conditions, the jurisdicization of the nanotechnological fact may happen independently of the fact supported foreseen in a legal rule, however, through a pre-understanding that is build up to the human being in the world, when, besides recovering the tradition, it also can access the nanotechnological world, changing it in a human being in the nanotechnological world.

Este trabalho de doutorado versa sobre a simulação numérica das etapas construtivas de pontes estaiadas através do método dos elementos finitos, utilizando a plataforma ANSYS, versão 14.5. A justificativa da realização deste trabalho vem da crescente utilização deste tipo de estrutura de ponte no Brasil, devido, principalmente, ao seu bom comportamento estrutural e pela possibilidade de uso de uma estrutura mais leve, esbelta e econômica. Inicialmente, foi feita uma pesquisa abrangente sobre os componentes estruturais e concepções de projetos mais utilizados. Em seguida, estudaram-se as relações constitutivas de cada material constituinte, a fim de melhor representá-los na simulação numérica. Para a representação das equações constitutivas do concreto, implementou-se um novo modelo de material visco-elastoplástico com fissuração, com a ajuda da ferramenta de customização UPF (User Programmable Features), onde foram adicionadas novas sub-rotinas ao programa principal em linguagem FORTRAN. Como o objetivo final desta tese era trabalhar com análise estrutural das etapas construtivas de pontes estaiadas, envolvendo um número muito grande de elementos finitos, a implementação deste novo modelo possibilitou a utilização de elementos tridimensionais quadráticos de 20 nós (SOLID186) com armadura incorporada (REINF264), tornando a solução do problema mais rápida e eficaz. A fim de validar as sub-rotinas acrescentadas ao sistema, foram simuladas dezesseis vigas em concreto armado, ensaiadas por Leonhardt e Walther (1962) e por Bresler e Scordelis (1963), e uma viga segmentada com protensão externa, ensaiada por Aparicio et al (2002). A comparação de resultados das análises numéricas e experimentais mostraram boa aproximação. Após a validação das sub-rotinas, foi modelada numericamente a Ponte do Saber, localizada na cidade do Rio de Janeiro, seguindo fielmente as etapas construtivas adotadas na construção da ponte. A partir dos dados de monitoramento desta ponte, durante a fase executiva, foi possível comparar os valores obtidos no modelo numérico com as informações coletadas em campo, obtendo-se bons resultados. / This doctoral thesis presents the numerical simulation of the construction stages of cable-stayed bridges using the finite element method, through the ANSYS software, version 14.5. This work is justified by the increasing use of such structures in Brazil, mainly due to its good structural behavior and the possibility of using a lighter, slender and economic structure. Initially, it presents the results of a research about the structural components and the commonly used design concepts. Then, the constitutive relations of each constituent material were studied, in order to best represent them in the numerical simulation. For the representation of the constitutive equations of concrete, it was implemented a new model of visco-elastoplastic material with cracking. That was made with the help of the customization tool UPF (User Programmable Features), where new subroutines were added to the main program in FORTRAN language. The final goal of this thesis is to work with structural analysis of the construction stages of cable-stayed bridges, involving a very large number of finite elements. Therefore, the implementation of this new model enabled the use of three-dimensional quadratic elements of 20 nodes (SOLID186) with embedded reinforcement (REINF264), making the solution of the problem faster and more effective. In order to validate the subroutines added to the system, sixteen reinforced concrete beams tested by Leonhardt and Walther (1962) and by Bresler and Scordelis (1963), and a segmental beam with external prestressing, tested by Aparicio et al (2002) were simulated. The comparison of results of numerical and experimental analyzes showed good approximation. After validation of the subroutines, it was numerically modeled the Saber Bridge, located in the city of Rio de Janeiro, following exactly the constructive steps taken in the construction of the bridge. Based on the monitoring data of the bridge during the construction phase, it was possible to compare the values obtained from the numerical model with the information collected in the field, obtaining good results.

As pontes rodoviárias de concreto armado estão sujeitas às ações dinâmicas variáveis devido ao tráfego de veículos sobre o tabuleiro. Estas ações dinâmicas podem gerar o surgimento das fraturas ou mesmo a sua propagação na estrutura. A correta consideração destes aspectos objetivou o desenvolvimento de um estudo, de forma a avaliar os esforços do tráfego de veículos pesados sobre o tabuleiro. As técnicas para a contagem de ciclos de esforços e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através das curvas S-N de diversas normas estudadas. A ponte rodoviária investigada é constituída por quatro vigas longitudinais, três transversinas e por um tabuleiro de concreto armado. O modelo computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi concebido com base no emprego de técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. O modelo estrutural da obra de arte rodoviária estudada foi simulado com base no emprego de elementos finitos sólidos tridimensionais. Os veículos são representados a partir de sistemas massa-mola-amortecedor. O tráfego dessas viaturas é considerado mediante a simulação de comboios semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre o tabuleiro da ponte. As conclusões deste trabalho versam acerca da vida útil de serviço dos elementos estruturais de pontes rodoviárias de concreto armado submetidas às ações dinâmicas provenientes do tráfego de veículos pesados sobre o tabuleiro. / Reinforced concrete highway bridges are subjected to dynamic actions of variable magnitude due to vehicles crossing on the deck pavement. These dynamic actions can generate the nucleation of fractures or even their propagation on the structure. This way, the behaviour and reliability can be compromised and the bridge service life can be reduced. The stress cycles counting techniques and the cumulative damage rules application had been analyzed through S-N curves, based on an extensive revision of concrete bridges service life and theoretical fatigue aspects in reinforced concrete structures, as well as considering the recommended procedures used for the concrete structures main codes. A reinforced concrete skew bridge with spanning 16.5m was investigated in this work. The computational model, developed for the composite bridge dynamic analysis, adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations implemented in the ANSYS program. These viactures are simulated by spring-mass models and the transit are considered by means of semi infinity convoys, displaced with constant velocity across the deck pavement. The proposed analysis methodology and the procedures presented in the design codes were applied, in order to evaluate the bridge fatigue determining the structure service life. The conclusions of this paper have the objective of alerting structural engineers to the possible distortions, associated to the reinforced concrete bridges service life when subjected to dynamic actions due to vehicles crossing on the deck pavement surface.

Um número significativo de pontes têm sido construídas na forma de grelhas de vigas pré-moldadas, sobre as quais apoiam-se pré-lajes com posterior concretagem de capa, finalizando a execução das lajes das mesmas. Esse processo construtivo tem sido largamente utilizado tendo em vista a racionalização da construção dispensando o uso de cimbramentos, abreviando consideravelmente os prazos de construção e consequentemente reduzindo os custos. Todavia no desenvolvimento do projeto, sabe-se que essas lajes são elementos altamente suscetíveis à fadiga e, tendo-se em vista a existência de concretagem em duas etapas (pré-laje e capa final) e concretos de idades diferentes, geram-se dúvidas obre o comportamento desta interface com relação às cargas dinâmicas atuantes no decorrer da vida útil da obra. A escassez de estudos ou pesquisas relacionadas a essa questão, levaram à realização do presente trabalho, de cunho experimental, e com o objetivo de se estudar o comportamento desses elementos submetidos às cargas de fadiga e as suas resistências finais no que se refere às cargas de ruptura antes e depois de fatigadas. Foram ensaiadas 9 lajes de concreto sendo 6 lajes com rugosidade normal (saliência dos agregados brita 1) e 3 com baixa rugosidade (alisamento com espátula de madeira). Não foram identificadas rupturas por fadiga e a resistência das lajes fatigadas se mantiveram, quando levadas a ruptura no final dos ensaios, no mesmo nível daquelas não fatigadas. / A significant number of bridges have been built in the form of grids of pre-cast beams on which pre-slab are supported, with posterior concreting of concrete cover, completing the execution of the slabs. This construction process has been widely used in order to rationalize the construction without shoring, shortening considerably the time of construction and thereby reducing costs. However in developing the project, it is known that these slabs are elements highly susceptible to fatigue and, keeping in mind the existence of concrete in two stages (pre-slab and final cover) and different ages, doubts about the behavior of this interface with respect to dynamic loads acting over the lifetime are generated. The scarcity of studies and researches related to this issue led to the realization of this experimental work, in order to study the behavior of these elements subjected to fatigue loading and their final resistance in relation to the failure load before and after fatigue loading. Tests were made in 9 concrete slabs, 6 with usual surface roughness (salience of crushed aggregates 1) and 3 with low roughness (smoothing with wooden spatula). It was verified that no rupture due to fatigue loading were identified and the resistance of the slabs submitted to fatigue loading remained on the same level of those not fatigued, when carried to cracking at the end of the tests.

Este trabalho consiste em analisar os esforços em tabuleiros de pontes por meio de superfícies de influência. Para isto, o método dos elementos finitos (MEF) é utilizado e os resultados são comparados com os das tabelas de Rüsch. Os elementos finitos de barra, representando longarinas e transversinas, e placa, as lajes do tabuleiro, são implementados no código SIPlacas. Estes elementos finitos são formulados pelas teorias de viga Timoshenko e placa Reissner-Mindlin, respectivamente. Estes apresentam problema de travamento de força cortante (Shear Locking), que é contornado por duas propostas: o artifício matemático da integração reduzida e elementos finitos com campo assumido de deformação de força cortante (CADFC). Verifica-se que os elementos com aproximações quadráticas para os deslocamentos e com CADFC são os que melhor se adequam à proposta de análise da presente pesquisa. Tais elementos apresentam convergência de resultados considerando estruturas com baixa discretização. Os resultados analisados foram o deslocamento, momento fletor e força cortante. Posteriormente realiza-se um estudo de caso de uma ponte em viga. O tabuleiro da ponte é calculado utilizando-se as tabelas de Rüsch e o código SIPlacas. O cálculo dos esforços pelo SIPlacas é realizado de três maneiras. Na primeira consideram-se os painéis de lajes do tabuleiro isolados; na segunda o tabuleiro está sobre apoios não deslocáveis; e na terceira, o tabuleiro apresenta-se com vigas acopladas. Foi concluído que a terceira configuração, cuja representação melhor se aproxima da estrutura real de análise, apresentou os menores esforços internos. / This work aims at the analysis of bridge deck stresses through influence surfaces. The finite element method (FEM) is used and the results are compared with those of Rüsch\'s tables. The bar and plate finite elements represent stringers, cross beams and slabs bridge deck. These finite elements are implemented in the SIPlacas code and the theories of Timoshenko beam and Reissner-Mindlin plate are used to theirs formulation. The Shear Locking problem is solved by two proposals: reduced integration and definition of element with transversal shear strain assumed (TSSA). The elements with quadratic approximations for the displacements and TSSA are the best suited to the proposed analysis of this research. Such elements have convergence of results considering structures with low discretization. Displacement, bending moment and shear force were the results analyzed. Subsequently a case study on a beam bridge was carried out. The bridge deck is calculated using Rüsch\'s tables and SIPlacas code. The calculation of the internal forces by SIPlacas is performed in three ways. The first one considers the slabs isolated panels; the second, the slab deck is on a rigid support; and third, the slab deck is on deformable supports. It was concluded that the third configuration showed the lowest internal forces. This configuration is the optimum representation to the structure analysis.

O objetivo desta pesquisa foi desenvolver um método para estabelecer o efeito das características e da operação dos veículos pesados sobre a infra-estrutura rodoviária através do uso de resultados de simulação microscópica de tráfego. Para tanto, foram definidos dois objetivos secundários. O primeiro deles envolveu a obtenção de um banco de dados detalhado sobre as características de 6.253 veículos pesados. Esses dados foram coletados em sete balanças localizadas em rodovias de pista dupla do estado de São Paulo. O segundo objetivo secundário consistiu na calibração e validação do simulador de tráfego CORSIM com o auxílio de um algoritmo genético, que adaptou simultaneamente 19 parâmetros do simulador para que ele reproduzisse adequadamente as características e o comportamento do tráfego observado em um trecho de rodovia de pista dupla paulista. A metodologia desenvolvida é demonstrada através da realização de um estudo de caso em que foram simulados dois cenários de tráfego e em que foi considerada uma ponte hipotética com 100 m de extensão. Nele, foram determinadas as probabilidades de ocorrências simultâneas dos veículos pesados sobre a ponte. As conclusões da pesquisa indicam que o método de calibração de simuladores de tráfego com uso de um algoritmo genético mostrou-se eficaz, reduzindo o erro médio de 9,11% para 6,32%. Além disso, as conclusões revelam que a obtenção de um carregamento móvel a partir de dados extraídos de um simulador de tráfego é possível e que a associação dos dados simulados a um banco de dados detalhado permite o cálculo do efeito do tráfego dos veículos pesados sobre a infra-estrutura rodoviária. Do estudo de caso, pode-se concluir que: (1) a probabilidade de ocorrência simultânea de veículos pesados sobre a ponte é muito freqüente e está diretamente relacionada às características do fluxo de tráfego e; (2) a distribuição das cargas e seus respectivos valores são fatores determinantes para o cálculo dos esforços. Os resultados do estudo de caso demonstram a viabilidade do procedimento proposto. / The objective of this research was to develop a method for establishing the effect of heavy vehicles characteristics and operation on highway infra-structure by using the results of a microscopic traffic simulation model. Therefore, two secondary objectives were defined. The first of them involved the attainment of a detailed database containing the characteristics of 6,253 heavy vehicles. This data was collected at seven weight stations located on the state of São Paulo multilane highways. The other secondary objective was to calibrate and validate CORSIM by using a genetic algorithm, which simultaneously adapted 19 model parameters in order to appropriately reproduce the characteristics and the behavior of the observed traffic flow. The developed methodology is demonstrated through a case study in which two traffic scenarios were simulated and in which a hypothetic 100 m bridge was considered. In the case study, the probabilities of simultaneous presence of heavy vehicles on the bridge were determined. The conclusions of this research indicate that the method of calibrating a traffic simulation model utilizing a genetic algorithm was efficient, reducing the mean error from 9.11% to 6.32%. Additionally, the conclusions reveal that the attainment of a live load from extracted data through a traffic simulation model is possible and that the association of simulated data with a detailed database allows the estimation of heavy vehicle traffic effect on highway infra-structure. From the case study, it can be concluded that: (1) the probability of simultaneous presence of heavy vehicles on the bridge is very frequent and; (2) the loads distribution and its respective values are determinant in calculating efforts. The case study results demonstrate the proposed procedure viability.

O processo de fadiga em pontes metálicas ferroviárias é um relevante problema de infraestrutura, largamente reconhecido como uma questão de segurança estrutural que precisa ser melhor compreendida. Apesar dos recentes avanços no campo da modelagem computacional, a aplicação de abordagens modernas para avaliação do comportamento à fadiga de ligações rebitadas típicas de pontes ainda é pouco explorada e impõe desafios. Nesse contexto, esta tese visa implementar metodologias de análise global-local para avaliação de detalhes rebitados de pontes ferroviárias, empregando ferramentas avançadas de análise em elementos finitos para investigação pormenorizada do processo de fadiga. Com o objetivo de contextualizar o comportamento à fadiga de ligações rebitadas, apresentam-se inicialmente as principais metodologias convencionais de avaliação, destacando as limitações dos métodos. Apresentam-se também os principais aspectos da modelagem local em elementos finitos e das metodologias de análise local, enquadrando os regimes de comportamento onde cada abordagem pode ser aplicada. Exemplos em pequena escala são desenvolvidos para testar procedimentos numéricos e investigar a influência dos principais parâmetros que podem influenciar no comportamento local de ligações rebitadas, tais como modelos interfaciais de contato, fricção, pré-esforço nos rebites e distribuição interna de cargas. Análises de sensibilidade são realizadas tomando como referência uma ligação rebitada com uma trinca inicial pré-existente, onde tais efeitos são investigados. São descritos os procedimentos gerais de uma metodologia de modelagem desenvolvida para resolução de problemas que envolvem a integração contínua entre modelos globais e locais e um conjunto de ferramentas criadas para possibilitar o acoplamento entre o programa de simulação em elementos finitos e sub-rotinas customizadas programadas para processamento recursivo dos modelos e análise local da fadiga. A metodologia é então aplicada ao estudo dos detalhes rebitados de uma ponte real. A caracterização do comportamento global da ponte é realizada recorrendo-se aos resultados de simulações estáticas e dinâmicas e do monitoramento de curto prazo da estrutura. Também são apresentados resultados de estudos de sensibilidade e de previsão da vida à fadiga de detalhes críticos da ponte usando o método das tensões nominais e curvas SN baseadas em classes de detalhes. Diferentes aspectos são abordados, tais como a consideração dos efeitos secundários de flexão nas ligações e a influência do tipo de veículo e da configuração do trem. Por último, é realizada uma análise local das ligações rebitadas da ponte ferroviária tomada como estudo de caso. Modelos tridimensionais detalhados das conexões são desenvolvidos em duas etapas. Na primeira são aplicadas técnicas de modelagem hierárquica para avaliar de forma pormenorizada os mecanismos de transferência de cargas entre os membros envolvidos, os efeitos secundários de flexão e a influência de diferentes hipóteses de modelagem. Na segunda etapa, são desenvolvidos submodelos com elementos sólidos e altas densidades de malhas para investigação dos campos de deformações e tensões locais nas regiões apontadas como críticas durante a modelagem hierárquica. As geometrias dos rebites são representadas explicitamente e todas as interações de contato são modeladas. A influência do pré-esforço nos rebites é avaliada. As abordagens ?N e SN são aplicadas para enquadrar o regime de fadiga das ligações, verificar critérios de falha incluindo tensões multiaxiais e fazer previsões da vida de iniciação da trinca. São apresentados os principais resultados das análises bem como as conclusões que corroboram a metodologia empregada. / The fatigue process in steel railway bridges is an important problem of infrastructure, widely recognized as an issue of structural safety that needs to be better understood. Despite the recent advances in computational modeling, application of modern approaches to fatigue assessment of typical riveted bridges is still little investigated and poses challenges. In this context, this thesis aims to implement some methodologies for global-local analyses in riveted details of steel railway bridges using advanced finite element analysis tools for a deep investigation of the fatigue process. In order to contextualize the fatigue behavior of riveted connections, the conventional assessment procedures are initially presented, highlighting the limitations of the methods. The main points of the local finite element modeling and of the local analysis methods are also described, defining the regimes where each approach can be applied. Examples on a small scale to test numerical procedures are developed and the influence of the main parameters that can influence the local behavior of riveted connections is investigated, such as contact interfacial models, friction, clamping force in rivets and internal load distribution. Sensitivity analyses with reference to a riveted connection with a pre-existing initial crack are performed, where such effects are investigated. The general procedures of a modeling methodology developed for problem solving that involves the seamless integration between global and local models and a set of tools created to enable coupling between the finite element simulation program and customized subroutines to recursive processing and fatigue local analysis of the models are described. Then, the methodology is applied to the study of riveted details of a railway bridge. The global behavior of the bridge is performed based on the results of static and dynamic simulations and from short-term monitoring data. The results of sensitivity studies and fatigue life predictions using the nominal stress method and detail class SN curves for critical details of the bridge are also presented. Different aspects, such as the consideration of bending secondary effects at connections and the influence of the vehicle types and train configurations are addressed. Finally, a local analysis is carried out in the riveted railway bridge taken as a case study. Three-dimensional models, detailing the connections in two stages are developed. The first hierarchical modeling techniques are applied to assess the load distribution mechanisms between the members involved, the bending secondary effects and the influence of different modeling assumptions. In the second stage, sub-models with solid elements and high mesh densities for investigation of strain and stress fields in the regions identified as critical by the hierarchical model are developed. The geometries of the rivets are explicitly represented and all contact interactions are modeled. The influence of rivet clamping forces is evaluated. The ?N and SN local approaches are applied to define the fatigue regime in critical points, check failure criteria in multi-axial stresses and to predict the crack initiation life. The main results of the analyses and the conclusions that support the methodology are presented.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Área de Especialização de Construções Civis). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As pontes rodoviárias mistas (aço-concreto) estão sujeitadas às ações dinâmicas variáveis, por exemplo, devido ao tráfego de veículos sobre a superfície irregular do pavimento. Estas ações dinâmicas podem gerar a nucleação de fraturas ou mesmo a sua propagação sobre a estrutura. A correta consideração desses aspectos objetivou o desenvolvimento de uma metodologia de análise, com a finalidade de avaliar os níveis dos esforços e tensões oriundos do tráfego dos veículos sobre a superfície irregular do pavimento e, bem como, proceder uma verificação à fadiga de obras de arte rodoviárias em aço e mistas (aço-concreto). Para tal, as técnicas para a contagem de ciclos de tensão e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através de curvas do tipo S-N, associadas a diversas normas de projeto. A ponte rodoviária mista (aço-concreto) investigada neste estudo é constituída por quatro vigas de aço longitudinais e por um tabuleiro de concreto armado. O modelo numérico-computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi concebido com base em técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. Simulam-se as almas das vigas de aço e as lajes de concreto do tabuleiro através de elementos finitos de casca. As mesas dessas vigas, transversinas e os enrijecedores são modelados por elementos de viga tridimensionais. Os veículos são representados a partir de sistemas "massa-mola-amortecedor". O tráfego dessas viaturas é considerado mediante a simulação de comboios semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre a ponte. As conclusões da presente investigação versam acerca da vida útil de serviço dos elementos estruturais de pontes mistas (aço-concreto). / Steel and composite highway bridges (steel-concrete) are currently subjected to dynamic actions, for example, variable magnitude due to vehicles traffic on the deck rough pavement. These dynamic actions can generate the fractures nucleation or even their propagation on the structure. The correct consideration of these aspects pointed out to an analysis methodology developed, in order to evaluate the stresses through a dynamical analysis on highway bridge decks, due to vehicles crossing on the irregular pavement surfaces and to proceed a fatigue verification from Steel and composite highway bridges (steel-concrete). The stress cycles counting techniques and the cumulative damage rules application had been analyzed through S-N curves associated with diverse projects norms. The steel and composite highway bridge (steel-concrete), investigated in this study, is constituted by four longitudinal steel beams and a composite deck. The computational model, developed for the bridge dynamic analysis , adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations. The beam web thickness was represented by shell finite elements. The beam top and bottom flange and the longitudinal and vertical stiffeners were simulated by three-dimensional beam elements, where flexural and torsion effects were considered. The bridge concrete slab was simulated by shell finite elements. The vehicles are represented from "mass-spring-damper" systems. The traffic of these vehicles is considered as a simulation of half-infinite convoys dislocating with constant speed on the bridge. The present study conclusions concerning steel and composite highway bridges (steel-concrete) structural elements service life.